覃建錦

(北海河海水利水電設計院 廣西 北海 536000）

1 區(qū)域概況

潿洲島是中國北部灣內(nèi)最大的海島，隸屬于廣西北海市。潿洲島四周被海水包圍，淡水資源有限，島上多年（1957年～2006年）平均降雨量為1359.5mm，是潿洲島地表水和地下水補給的主要來源。全島多年平均水資源量約1329.5萬m3，人均占有量831m3，遠低于全國人均2200m3和全市人均4020m3的水平，屬嚴重缺水地區(qū)。島內(nèi)地表水資源有限，主要淡水來源為開采地下水，近年來由于對地下水資源不合理的開采利用，導致島內(nèi)部分區(qū)域出現(xiàn)海水倒灌和地下水位降落漏斗范圍的擴大。針對目前島內(nèi)的水資源情況，有必要制定合理的地下水資源開采方案與相應的保護措施。

2 潿洲島地下水開采方案比選

地下水開采方案比選最主要的評判指標就是地下水位的變化，采用數(shù)值模擬的方式對不同地下水資源開采進行預測。水位預報就是將需要預測年份的地下水開采量和各源匯項代入到經(jīng)過識別和檢驗的數(shù)學模型之中，通過模型的運轉計算，計算出不同用水方案下的地下水位及流場的時空響應狀況。模型預測前關鍵是確定實際開采方案以及邊界條件和源匯項，調參準則為觀測井的觀測水位和模擬水位。

2.1 地下水位預測

以2006年為現(xiàn)狀年，預測期為近期、中期和遠期三個水平。根據(jù)歷年降雨資料進行降雨的經(jīng)驗頻率分析，找出（P=多年平均、10%、50%、75%、95%）的典型年份，采用包含典型年份的系列氣象資料及其邊界條件資料作為預測期模擬資料。根據(jù)島嶼降雨量長系列資料進行了降雨頻率分析，選取保證率為P=10%、50%、75%和95%為水平年，2006年為現(xiàn)狀年、2010年為中期預測年、2020年為遠期預測年。

表1 各經(jīng)驗頻率水平年對應降雨量

2.2 開采方案制定

在不同的開采條件下，預測近期水平年（2015年）和遠期水平年（2020年）的地下水位變化趨勢。

（1）開采方案一

2000年地下水深井開采量3630m3/d，地下水淺井開采量764.5m3/d，地下水總開采量為4394.5m3/d，2000年地下水開采量為有記錄資料年份中開采量最大的。按照最不利開采情況，開采方案一認為規(guī)劃年地下水深井開采量統(tǒng)一按照2000年3630m3/d不變，計劃2009年開始啟動潿洲水庫，淺井統(tǒng)一關閉（根據(jù)潿洲島統(tǒng)一供水規(guī)劃方案），地表水開采量保持1800m3/d，地表地下水總用量為5430m3/d。具體見表2。

（2）開采方案二

潿洲終端處理廠機井停采，并以潿洲新水廠作為生產(chǎn)新供水水源條件下，2006年地下水開采量為深井地下水開采量2120m3/d，淺井地下水開采量800m3/d，地下水總開采量為2920m3/d，地表水主要用作少量農(nóng)業(yè)灌溉用水，在此可忽略不計，因此，總用水量為2920m3/d。2009年開始啟動潿洲水庫，地表水開采量保持為1800m3/d，此時淺井關閉，深井開采量保持2120m3/d不變，總用水量為3920m3/d。

2.3 地下水位模擬分析

文章采用MODFLOW模擬軟件，模擬不同開采方案對地下水位造成不同的影響。水文地質模型的常水頭邊界為潿洲島計算區(qū)域與海水交界被海水覆蓋的環(huán)形區(qū)域，越流邊界為不同含水層之間的邊界。模型在xyz平面分為3層，從上至下依次為潛水含水層、弱透水層和承壓含水層，潛水含水層和承壓含水層剖分重疊，水文地質模型如圖1所示。

2.3.1 地下水開采方案模擬

輸入相關參數(shù)后得到兩種方案下的干涸單元分布，如圖2.3所示。

2.3.2 模擬結果分析

分析方案一模擬結果可知，圖2中深黃色區(qū)域為干涸單元，類似等高線的連續(xù)曲線為等水位線，次外層深藍色區(qū)域為海水區(qū)域，最外層綠色區(qū)域為無效單元。疏干單元幾乎包含島上主要地下水開采區(qū)，淺井干涸，極容易不可逆轉的導致地面塌陷，房屋裂縫等地質災害。此方案不能滿足潿洲島淡水資源的長期可持續(xù)開采，采取新的開采方案迫在眉睫。

表2 2007年～2020年供水計劃（開采方案一）

表3 2007年～2020年供水計劃（開采方案二）

從方案二的干涸單元模擬結果中可以看出，圖3中深黃色區(qū)域為干涸單元，連續(xù)曲線為等水位線，次外層深藍色區(qū)域為海水，最外層綠色為無效單元。疏干單元范圍相比開采方案一明顯縮小，且目前的小范圍疏干單元處于島正中間，影響不大。認為此方案可以滿足潿洲島淡水資源的可持續(xù)開采，開采方案可行。

通過對兩種不同方案預測結果地下水位變動、開采區(qū)域漏斗影響區(qū)域變化等比較，相比之下選取開采方案二比較合理。

圖1 含水層的空間離散示意圖

圖2 方案一干涸單元分布圖

圖3 方案二干涸單元分布圖

圖4 東西向剖面粒子流動跡線圖

圖5 南北向剖面粒子流動跡線圖

圖6 東西向剖面濃度等值線圖

3 地下水受海水入侵分析

在初步確定開采方案二的基礎上，進一步對島嶼對海水入侵進行深入研究和探討，分析在開采方案二的情況下島嶼受海水入侵的威脅。

3.1 示蹤跡跟蹤下的水流跡線

東西向剖面和南北向剖面各賦予假想粒子跟蹤水流運動，軟件模擬區(qū)域內(nèi)40年后粒子隨水流運動的較完整跡線，結果如圖4、圖5所示。分析模擬結果可知，水流跡線基本都越過主要區(qū)域的開采層即承壓含水層；通過粒子運移的跡線可以推測得出，地下水資源咸淡水分界面包含了整個承壓含水層。這就表明島上淡水仍是輻射狀穿過整個含水層流入大海，并沒有出現(xiàn)海水反向入侵島內(nèi)開采區(qū)情況，因此，在開采方案二下40年內(nèi)不會發(fā)生海水入侵。

3.2 地下水溶質運移

根據(jù)我國《生活飲用水衛(wèi)生標準及農(nóng)田灌溉水質標準》規(guī)定，取Cl-1的含量250mg/L可以作為海水入侵的標準值，當?shù)叵滤瓹l-1的含量超過250mg/L，就認為發(fā)生海水入侵。把海水按照定水頭常濃度計算40年后該島的剖面濃度等值線圖，如圖6所示。200mg/L的等值線遠離模型主要地下淡水開采區(qū)，再次說明并未發(fā)生海水入侵。

3.3 模擬結果分析

采用靜態(tài)法估計咸淡水分界面，認為淡水面每高出海水面1m，淡水分界面下移40m，潿洲島中部有的地方淡水水位達到20多米，海水位平均水位才0.36m，按照靜態(tài)法估計得到的最大咸淡水分界面埋深應該為800多米，而研究承壓含水層深度不到400m，認為沒有海水入侵，用靜態(tài)法分析是合理的。而采用MODFLOW模型進行參數(shù)率定后，再用已有的資料驗證了模型，模型有相當?shù)木群涂煽啃浴?/p>

4 結語

通過對新的開采方案進行地下水位和水質的模擬預測分析，沒有形成大的地下水降落漏斗，咸淡水分界面顯然低于開采層，不會發(fā)生海水入侵，說明方案二是可行。所得結論可為該島地下水開采提供參考意見，防止盲目開采導致地下水位降落漏斗、發(fā)海水入侵等環(huán)境生態(tài)破壞等問題。陜西水利

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